Remote-Hackdays am St.-Willibrord-Gymnasium

Was sind eigentlich die Hackdays?
Die „Make Your School–Hackdays“ sind Projekttage, welche von der Initiative „Wissenschaft im Dialog“ inzwischen deutschlandweit veranstaltet werden. Unsere Schule durfte in diesem Schuljahr bereits zum dritten Mal an dieser Ideenwerkstatt teilnehmen, bei der die Schülerinnen und Schüler innerhalb von zwei bis drei Tagen kreative Lösungen finden können, die den Schulalltag erleichtern. Im Fokus stehen dabei die Gruppenarbeit sowie die Erfahrung mit der Programmiersprache. Dafür erhalten die Teams nicht nur interessante Materialkoffer, sondern auch noch Unterstützung vom „Make your School“-Team, das aus hilfsbereiten Experten der Fachbereiche Informatik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Design besteht. Eine Teilnahme an dem Projekt ist ab der 8. Klasse möglich und gefördert wird es von der „Klaus Tschira Stiftung“, die sich für die Wertschätzung und Förderung der naturwissenschaftlichen Fächer wie beispielsweise Mathematik und Informatik einsetzt.
In Zeiten von Corona und Lockdown mussten die Hackdays in diesem Jahr als Remote-Hackdays online über die Videokonferenzplattform BigBlueButton stattfinden. Die Materialkits, bestehend aus Sensoren, Schaltern und Controllern, holten wir im Vorfeld im Sekretariat unserer Schule ab.
Neben unserer Klasse waren mehrere Mentoren sowie unsere Lehrer Herr Oster und Frau Zimmer anwesend. Um die Gruppenarbeit zu ermöglichen, hatte jedes Team einen eigenen „Breakoutroom“. Breakouträume sind Online-Konferenzräume, in denen die Teams alleine sind, in die Lehrer und Mentoren allerdings jederzeit hinzukommen können. Außerdem wurde jedem Team ein Online-Whiteboard eingerichtet, um die Gruppenarbeit zu erleichtern. Dadurch war unsere Arbeit auch virtuell gut umsetzbar.
Am Mittwochmorgen stellte das Team von „Make Your School“ zunächst sich und das Projekt vor. Im Anschluss konnten wir uns mit den Materialien vertraut machen und das erste Mal programmieren. Nach einer Pause ging es um 10:30 Uhr mit der Teamaufteilung weiter. In den Teams überlegten wir uns nun die Lösung eines Problems. Die Lösung sollte uns im Fernunterricht oder in der Schule unterstützen. Nach einer Mittagspause starteten wir um 12:45 Uhr mit dem eigentlichen „Hacking“. Um 15:15 Uhr kamen alle Gruppen abschließend für diesen Tag wieder in einem gemeinsamen Meeting zusammen. Dort erklärten wir unser Problem und die dazugehörige Lösung sowie unseren aktuellen Stand. Um 15:30 Uhr endete damit der erste Tag der Hackdays.
Am zweiten Tag ging es erneut um 7:55 Uhr los. Dieses Mal arbeiteten wir sofort an unserem Projekt weiter. Nach der Mittagspause finalisierten alle Gruppen ihren Hack und bereiteten sich auf die Abschlusspräsentation vor, die schließlich um 14:30 Uhr vor allen Schülerinnen und Schüler der 9@, dem MYS-Team und einigen Lehrern stattfand.

Hier unsere Ergebnisse:

Der Reminder
(Marie Harenz, Emilia Caster, Nina Hartmann, Katelynn Frederick)
Zunächst musste sich unsere Gruppe der Ideenfindung stellen. Dazu hielten wir erst die vorhandenen Probleme unseres Schulalltags bzw. unseres Homeschooling-Alltags auf einer Internetseite fest. Dabei stießen wir auf unterschiedliche Problemlagen. Primär ließen sie sich den Kategorien „Unser Klassenzimmer stinkt!“ und „Wie kann ich mehr Struktur ins Homeschooling bringen?“ zuordnen.
Aufgrund der vorhandenen Materialien in der gegebenen Materialbox entschieden wir uns für ein Task-Management-Tool (den Reminder). Dieser soll uns dabei helfen, uns in den oftmals verwirrenden Abgabeterminen zurechtzufinden. Ebenfalls kann er uns in einer Art „Ampelsystem“ mit Farben verdeutlichen, wie lange wir noch für unseren Auftrag Zeit haben, sodass man als Schüler einen besseren Überblick hat und nicht erst im letzten Moment vor Abgabefrist der Aufgabe aufmerksam gemacht wird. In unserer Gruppe gab es viele unerfahrene Leute, was die Programmierung etwas erschwerte. Trotz der Schwierigkeiten sind wir aber sehr dankbar für diese Erfahrung. Am Ende des ersten Tages hatten wir bereits einen Counter, Farben und eine Anzeige auf dem Bildschirm.

Allerdings ging unser Counter noch in die falsche Richtung und später sogar in den Minusbereich. Dies regelten wir dann aber am darauffolgenden Tag. Nun kam ein weiteres Problem hinzu: die Zeit. Da wir noch Kleinigkeiten an unserem Hack basteln mussten und eine Präsentation vorbereiten sollten, entschieden wir uns dazu, uns in zwei Gruppen zu teilen, sodass wir beide Sachen noch in der übrigen Zeit erledigen konnten. 

Viel Zeit zum Üben unserer Präsentation blieb leider nicht, aber dennoch schafften wir es, sie fertigzustellen. Währenddessen kümmerte sich ein Gruppenmitglied weiter um das Programmieren und eine Schülerin übernahm die entsprechende Gestaltung unseres Hacks.
Wir verkleideten unseren Hack mithilfe einer weißen Pappschachtel, sodass nur der Bildschirm zu sehen war. Auf diesem wurde ein entsprechender Counter mit Einheit und das gegebene Schulfach angezeigt. Schlussendlich hatte der Bildschirm die Funktion, dass er die erste Zeit des Counters grün leuchtet, nach der Hälfte der Abgabefrist gelb und am Schluss rot. Außerdem zeigt ein Schriftzug am Ende nach dem Piepen an, dass die Zeit nun um ist.

Hier ein genauer Einblick in unseren Code:
Zuerst luden wir uns ein Beispielprogramm, welches sich „Hello World“ nennt, aus der Arduino -Bibliothek herunter, um den Bildschirm zu testen und eine Orientierung zu haben. Anschließend ersetzten wir den Anzeigetext „Hello World“ durch das von uns erwünschte Schulfach. Das nächste Problem war, dass es zwar ein Ablaufen von Zahlen gab, aber diese bei eins anfingen und dann immer weiter im Sekundentakt gezählt wurde. Um daraus einen Timer im Minuten-Takt zu erstellen, teilten wir anstatt durch 1000 durch 60000 und programmierten dann, dass es bei einer bestimmten Stelle anfangen soll herunterzuzählen.
Fazit:
Innerhalb der beiden Hackdays schafften wir es, einen funktionstüchtigen Timer zu entwickeln, welcher uns den Alltag im Fernunterricht deutlich erleichtern wird. Uns allen haben die Hack-Days sehr gut gefallen, da wir nun Wissen und Erfahrung im Programmieren gesammelt haben.

Der Lern-Timer
(Luke Müller, Michelle Stamer, Kristina Bakushin und Maren Loscheider)
Wir überlegten in unserer Gruppe, was an unserem Schulalltag verbesserungswürdig ist und was wir tun können, um die Aufgaben im Homeoffice möglichst einfach, interessant und übersichtlich zu gestalten. Nachdem ein paar Ideen gesammelt waren, wurde abgestimmt, welche Idee ausgebaut wird. Dabei entschieden wir uns für einen Lern-Timer. Um zwölf Uhr gab es dann eine 45-minütige Mittagspause. Den Rest des Tages durften wir anschließend nach einer Lösung für das Problem suchen. Dazu konnten wir die Materialien aus dem Koffer benutzen und mit Hilfe von Informationskarten fiel das Arbeiten mit den Materialien denkbar einfach. Die vier Mentoren wechselten zwischen den einzelnen Gruppen hin und her und standen uns bei Fragen zur Verfügung. Dabei reagierten sie verständnisvoll und halfen uns, wenn es Probleme beim Programmieren gab.
Unsere Gruppe störte im Fernunterricht besonders das lange und zähe Arbeiten an den Aufgaben eines Schulfachs. Wenn Lehrer die Aufgaben für die ganze Woche online stellen, ist man oft lange Zeit mit demselben Fach beschäftigt und dies führt schnell zu Langeweile. Um diese Zeit spannender zu gestalten, wollten wir einen Timer erfinden, der eine 40-minütige Zeitspanne angibt, in der man dann die Aufgaben eines bestimmten Schulfaches bearbeiten soll. Nach Ablauf des Counters kann man sich dann Aufgaben eines anderen Schulfaches suchen und an diesen ebenfalls 40 Minuten arbeiten. So hat man für jedes Fach 40-Minutenphasen, in denen man die Aufgaben bearbeiten kann und es gibt Abwechslung zwischen den einzelnen Fächern, sodass keine Langeweile aufkommt. Auf diese Weise wollen wir die Schüler im Fernunterricht am Lernen halten und Frustration vermeiden. Zum Programmieren des Timers suchten wir uns als Erstes einen passenden Grundcode aus, den wir dann für unseren Timer modifizierten. Um ihn dann noch spannender zu gestalten, teilten wir die Zeitspanne in drei verschiedene Phasen ein.

Für einzelnen Phasen wählten wir jeweils einen kleinen Text und verschiedene Hintergrundfarben des Monitors.

Donnerstagmorgens trafen wir uns noch einmal in einem Meeting, wechselten dann aber schnell wieder in die Gruppenarbeit, in der wir uns dann um letzte Feinheiten, zum Beispiel kleine Änderungen am Code kümmerten. Nachdem die Programmierung abgeschlossen war, bauten wir ein Gehäuse, in das wir unseren Timer einsetzten.

Nach der 45-minütigen Mittagspause kümmerten wir uns nun noch um die Präsentation, welche wir dann am Donnerstagnachmittag vor den anderen Gruppen, den Moderatoren und Lehrern vorstellen sollten. In der Präsentation fanden sich Dinge wie Bilder von unserem Code und dem Timer.
Abschließend können wir sagen, dass uns die Hackdays sehr viel Spaß bereitet haben und wir sehr viel gelernt haben.

Der smarte Lichtschalter
(Henrik Zeimetz, Maximilian Müller, Lukas Pesch und Noah Brüders)
Zunächst überlegten wir, welche Probleme uns im Schulalltag begegnen und stimmten anschließend für eine der Ideen ab. Wir entschieden uns dazu, einen automatischen Lichtschalter zu bauen, um mehr Nachhaltigkeit in die Klassenräume zu bringen, da es häufig dazu kommt, dass die Klassenräume auch während der Pausen noch beleuchtet werden.
Anschließend entwarfen wir ein 3D-Modell, um ein grobes Konzept vom Endobjekt zu haben, und machten uns mit dem zur Verfügung gestellten Material vertraut. Danach starteten wir mit der schwierigsten Aufgabe, dem Programmieren von Skripten, die wir benötigten, um unsere Erfindung funktionsfähig zu machen. Dabei griffen wir an manchen Stellen auf das Hilfsangebot der Mentoren zurück, die immer für Fragen offen waren und uns bei Bedarf gerne unterstützten. Nach einigen Tests, die allesamt positiv verliefen, wurde ein Prototyp unserer Idee gebaut.
Am nächsten Tag wurde dann alles pünktlich fertiggestellt, sodass wir noch genügend Zeit hatten, um eine Präsentation vorzubereiten, in der wir unsere Erfindung den eingeladenen Physik- und Informatiklehrern unserer Schule, sowie den Mentoren, Betreuern und Klassenkameraden präsentierten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die „Hackdays“ interessant und auch lehrreich gestaltet wurden und eine willkommene Abwechslung zum eher monotonen Homeschooling darstellten. An diesen Tagen hatten wir in den Gruppen einen regen Austausch, viel Spaß und Freude beim Experimentieren, was sich letztendlich bei allen Erfindungen bemerkbar machte.

„Press the Buttons“ - Ein Spiel für die Regenpause
(Gruppe Mohamed Bitar, Francesco Heiderich, Taysir Moser, Jona Meiers)
Am Anfang suchten wir uns Ideen, was wir „hacken“ könnten, und sammelten, welche Probleme es an unserer Schule oder im Fernunterricht gibt. Einer unserer Gruppenmitglieder meinte scherzhaft, dass wir doch einen Ironman-Anzug programmieren könnten, aber die Materialien, die wir hatten, reichten nicht aus, um so etwas zu machen, deswegen suchten wir weiter. Da das von uns gewählte Problem die Langeweile in Regenpausen war, hatten wir die Idee, ein Spiel zu programmieren. Am Ende fanden wir ein Spiel und fingen damit an, die Codes dafür zu programmieren. In unserer Gruppe gab es eine Person, die sich mit dem Programmieren gut auskennt, deswegen wollte dieser Schüler das Spiel programmieren und wir gaben ihm Ideen, wie das Spiel konkret gespielt werden sollte. Am Anfang beschäftigten wir uns mit dem Bildschirm. Als wir damit fertig waren, verbesserten wir den Spielablauf etwas, indem wir dem Display während des Ablaufs verschiedene Farben gaben. Etwas später diskutierten wir, ob sich Vibration oder Piepen besser als Startton eigneten, am Ende entschieden wir uns für die Vibration. Da das Zwischenergebnis nun auf dem LCD-Bildschirm angezeigt wurde, nutzten wir den seriellen Monitor zum Testen und bauten eine Funktion ein, durch die der Gewinner auf dem Bildschirm angezeigt werden soll. Kurz danach hatten wir ein Problem mit der Zeitanzeige, da die “0“ nach 10 Sekunden noch auf dem Bildschirm abgebildet war, sodass auf dem Bildschirm anstatt 9 Sekunden 90 Sekunden stand. Nachdem wir das Problem behoben hatten, bauten wir eine Änderung der Bildschirmfarbe je nach Zeit ein: Nach 40 Sekunden wurde der Bildschirm gelb und nach 50s Sekunden leuchtete er dann rot.

Unser Spiel heißt „Press the Buttons“ und es wird von zwei Spielern gespielt, die gegeneinander antreten. Jeder Spieler hat einen Knopf in der Hand und die Zeit läuft 60 Sekunden lang. In dieser Zeit müssen die beiden Spieler den Knopf so oft wie möglich drücken, sodass am Ende einer von den beiden den Knopf häufiger gedrückt hat als der andere. Und somit leuchtet am Ende der Bildschirm für den Gewinner.

Durch Programmieren wird die Zukunft zum Jetzt
(Jonas Knebel, Charlotte Kraus, Dora Molnar, Felix Schommer)

Die Hackdays sind eine außercurriculare Veranstaltung, in der durch Teamarbeit Lösungen für technische oder schulische Probleme erarbeitet werden. An diesen darf jedes Jahr die neunte MINT-Klasse unserer Schule teilnehmen. In diesem Jahr fanden die Hackdays digital statt, weswegen wir im Voraus in der Schule einen Materialkoffer mit verschiedenen technischen Komponenten, die wir in unseren Hacks verbauen durften, abholen sollten. Die Projekttage starteten am Mittwoch um 7:55 Uhr mit einer Begrüßung von Laura Krauß, der Veranstalterin. Nach einer Präsentation der Mentor(innen) machten wir uns mit dem Material vertraut, indem wir, in zufällig erstellten Gruppen, einen vorgegebenen Hack nachbauten und programmierten. Dieser bestand aus einem Knopf, bei dessen Betätigung eine Lampe leuchten sollte. Dies hat leider nicht bei allen Gruppen und Mentor(innen) funktioniert, was uns aber nicht die Motivation für die Umsetzung unseres Hacks rauben konnte. Danach sollten wir in unserer vorab zusammengestellten Gruppe Probleme aufschreiben, welche uns während des Fern- und Präsenzunterrichts begleiteten. Unser schwerwiegendstes Problem war, dass unsere Pflanzen zu Hause sowie die in der Schule durch fehlende Fürsorge sehr in Mitleidenschaft gezogen wurden und nicht lange überlebten. Daher waren wir der Meinung, dass ein modernes Gewächshaus das richtige Thema für uns wäre. In unserem Projekt entwickelten wir ein autarkes, autonomes Gewächshaus. Dieses kontrolliert eigenständig die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur. Wenn einer dieser Werte einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet, öffnet sich durch einen Servomotor der Deckel des Gewächshauses. Dadurch entsteht eine Luftzirkulation und die überschrittenen Werte regulieren sich. Mit einem weiteren Sensor messen wir die Bodenfeuchtigkeit. Wenn diese zu gering ist, wird eine Pumpe betätigt, die vier Sekunden lang Wasser aus einem Tank in das Gewächshaus pumpt. Nach zwei Minuten wird die Bodenfeuchtigkeit erneut überprüft, sodass das Gewächshaus aufgrund einer Messverzögerung nicht überflutet werden kann. Durch einen Helligkeitssensor wird die Lichtintensität gemessen. Wenn die Helligkeit 400 Lumen unterschreitet, werden mehrere, im Gewächshaus angebrachte Lampen eingeschaltet, damit die Pflanzen wieder genügend Licht erhalten. Auf einem außen angebrachten LCD-Panel kann man die Werte der Luftfeuchtigkeit, Bodenfeuchtigkeit, Temperatur und Lichtintensität überprüfen. Da wir unser Thema recht schnell gefunden hatten, konnten wir schon vor der Mittagspause mit dem Schreiben unseres Codes beginnen. Damit waren wir auch den ganzen restlichen Tag beschäftigt. Im Laufe der Zeit stellten sich bei uns einige Fragen, bei denen uns die Mentor(innen) meist weiterhelfen konnten. Am zweiten Tag verfeinerten wir unseren Code weiter und bauten das Gewächshaus. Nach der Mittagspause hatten wir Zeit, um die Präsentation unseres Hacks zu planen und einzustudieren. Um 14:30 Uhr verließen wir unsere Gruppenräume und hielten die Abschlusspräsentation vor unserer Klasse, den Mentor(innen), einigen Lehrer(innen)und Vertretern des Medienzentrums. Uns haben die Hackdays sehr gefallen und wir würden gerne ein weiteres Mal daran teilnehmen. Anfangs wurden wir alle ins kalte Wasser geworfen, da keiner von uns Erfahrung mit dem Programmieren hatte. Aber nur dadurch bekamen wir die Chance, so viel zu lernen und so viel Erfahrung zu sammeln. Auch die Zusammenarbeit mit den Mentor(innen) hat uns sehr viel Freude bereitet, da sie mit uns auf Augenhöhe redeten und uns bei unserem Hack unterstützten. Es war schade, dass die Hackdays coronabedingt online stattfinden mussten. Dadurch gestaltete sich die Teamarbeit etwas schwieriger, dennoch ist es uns gelungen, flüssig zu arbeiten und unser Projekt in der vorgegebenen Zeit zu vollenden.

Snack-Automat
(Michael Fischer, Jule Schöben, Noah Rudolf, Simon Rüth)
Unsere Gruppe wollte etwas erfinden, das mit Essen zu tun hat, daher konstruierten wir einen Snackautomaten, der Müsliriegel oder Ähnliches auswirft. Wir sprachen uns so ab, dass Michael, der sich schon vorher gut mit Codes auskannte und in seiner Freizeit gerne programmiert, den technischen Teil des Projekts übernimmt, also das Programmieren mithilfe der „Arduino“- Software. Der Rest des Teams kümmerte sich um die Umsetzung und äußere Gestaltung des Automaten, sprich um das Gehäuse und die Art und Weise, wie die Riegel herausgegeben werden und der „Kunde“ sie entnehmen kann.
Grundsätzlich waren alle sehr zufrieden sowohl mit der Idee- als auch mit der Umsetzung und Lösung. Der Automat wurde so entworfen, dass man einen Müsliriegel bekommen kann, indem man einen Sensor an der Vorderseite des Automaten aktiviert. In Corona-Zeiten wollten wir dies kontaktlos machen, so muss man seine Hand nur in einem 10 cm Abstand zum Sensor halten und der Servo-Motor innerhalb des Geräts wird aktiviert und wirft einen Riegel aus. Das Problem mit der Maschine war die Lagerung der Riegel, also die Reserve. Anfangs konnte man nur maximal einen Riegel in die Maschine legen, später gelang es uns aber, mehrere Riegel gleichzeitig zu lagern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass uns die Hackdays sehr viel Spaß gemacht haben. Für fast alle war das Hantieren mit technischen Komponenten und Programmieren Neuland. Im Endeffekt sind wir aber alle froh, solche Erfahrungen gemacht haben zu können. Das MYS-Team hat meiner Meinung nach einen tollen Job gemacht und trotz der aktuellen Situation zwei spannende und interessante Tage zusammengestellt.